高速電主軸“轉(zhuǎn)軸—軸承”系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性建模研究.pdf

1、高速化加工技術(shù)能顯著地提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品制造質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。尤其在模具制造領(lǐng)域，高速化加工使得模具制造周期大大縮短，為最終由模具成型的產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場創(chuàng)造了強(qiáng)有力的先決條件，這些優(yōu)點(diǎn)都是傳統(tǒng)的模具制造加工工藝所不具備的。要發(fā)展和應(yīng)用高速加工技術(shù)，首先必須有性能優(yōu)良的高速數(shù)控機(jī)床，而高速機(jī)床的加工精度，很大程度上取決于高速主軸動(dòng)態(tài)特性，建立高速主軸動(dòng)態(tài)特性模型是研究其動(dòng)態(tài)特性最重要最基本的工作。得到準(zhǔn)確可靠的動(dòng)態(tài)特性模型后，可利用

2、其評價(jià)現(xiàn)有高速主軸設(shè)計(jì)合理性，預(yù)測現(xiàn)有高速主軸工作性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　 本文以四川普什寧江機(jī)床有限公司某型號(hào)高速電主軸的生產(chǎn)為基礎(chǔ)，利用數(shù)值計(jì)算與模態(tài)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，建立了基于有限元法的較為可靠的高速電主軸“轉(zhuǎn)軸-軸承”系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性模型，并利用該模型預(yù)測了自由模念和約束模態(tài)下的“轉(zhuǎn)軸-軸承”系統(tǒng)頻響特性，同時(shí)研究了部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。本文的主要工作及其成果如下：
　　 分別利用傳遞矩陣法和有限單元法建

3、立了高速電主軸“轉(zhuǎn)軸-軸承”系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。兩種模型的計(jì)算結(jié)果均表明，本文研究的“轉(zhuǎn)軸-軸承”系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。但通過與模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果比較，認(rèn)為有限元模型更能準(zhǔn)確地用于真實(shí)的“轉(zhuǎn)軸-軸承”系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究。
　　 基于錘擊法對“轉(zhuǎn)軸-軸承”系統(tǒng)進(jìn)行自由模態(tài)實(shí)驗(yàn)，并借組模態(tài)置信準(zhǔn)則(MAC)驗(yàn)證了模態(tài)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。根據(jù)自由模態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從彈性阻尼單元自由度耦合和單元?jiǎng)偠日{(diào)節(jié)著手，修正了之前建立的有限元模型。該有限元模型計(jì)算

4、的轉(zhuǎn)軸一彎、二彎固有頻率相對于實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的誤差分別為4.14％和6.97％，且計(jì)算所得頻響函數(shù)曲線與實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析所得曲線在一定頻響范圍內(nèi)吻合度較高。
　　 利用修正的有限元模型預(yù)測了“轉(zhuǎn)軸-軸承”系統(tǒng)在約束邊界條件下的動(dòng)態(tài)特性，并通過約束錘擊模態(tài)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的預(yù)測結(jié)果。其中，兩者獲得的轉(zhuǎn)軸-彎和二彎固有頻率十分接近，相對誤差分別為0.57％和0.84％。
　　 利用修正的邊界約束有限元模型，研究了部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)對